Скачать PDF файл.

Формула / Реферат

Изобретение относится к области двигателестроения. Оно применимо для поршневых двигателей с крейцкопфным или бесшатунным механизмом, в которых поршень связан с механизмом преобразования движения штоком, совершающим возвратно-поступательное движение вдоль оси цилиндра.
В бесшатунных двигателях цилиндр может быть изолирован от масляного картера. Подпоршневой объем цилиндра при этом может использоваться в качестве компрессора для наддувочного воздуха в четырехтактных двигателях, либо в качестве продувочного насоса в двухтактных двигателях. Такая конструкция исключает угар масла, загрязнение масла продуктами сгорания и разложение масла за счет контакта с горячими поверхностями. Для реализации такого решения шток поршня, жестко соединяющий шток поршня с ползуном механизма преобразования движения, должен проходит через узел уплотнения на стенке картера.
Шток поршня совершает возвратно-поступательные движения вдоль оси штока при большой частоте. Кроме этого при работе двигателя шток может иметь радиальные микроперемещения.
Для уплотнения штока поршня рекомендуется применить пакет из колец, выполненных из твердого антифрикционного материала - меднографита, бронзографита, железографита или фторографита. Кольца выполняются разрезными, а в пакете колец разрезы располагаются сдвинутыми относительно друг друга. Чтобы уплотнение было герметичным, уплотнительные кольца вставлены в эластичные обоймы, что обеспечивает плотное прилегание уплотнительных колец как к цилиндрической поверхности штока поршня, так и по торцевым поверхностям колец в пакете. Это исключает появление радиальных или осевых зазоров, обеспечивая герметичность уплотнения при высокой частоте возвратно-поступательного движения штока и при наличии радиальных его микроперемещениях.
В качестве эластичных обойм для уплотнительных колец предлагается использование стандартных резиновых манжетных сальников.

Текст

Смотреть все

(51) 02 11/00 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ разложение масла за счет контакта с горячими поверхностями. Для реализации такого решения шток поршня, жестко соединяющий шток поршня с ползуном механизма преобразования движения,должен проходит через узел уплотнения на стенке картера. Шток поршня совершает возвратнопоступательные движения вдоль оси штока при большой частоте. Кроме этого при работе двигателя шток может иметь радиальные микроперемещения. Для уплотнения штока поршня рекомендуется применить пакет из колец, выполненных из твердого антифрикционного материала меднографита, бронзографита, железографита или фторографита. Кольца выполняются разрезными, а в пакете колец разрезы располагаются сдвинутыми относительно друг друга. Чтобы уплотнение было герметичным, уплотнительные кольца вставлены в эластичные обоймы, что обеспечивает плотное прилегание уплотнительных колец как к цилиндрической поверхности штока поршня, так и по торцевым поверхностям колец в пакете. Это исключает появление радиальных или осевых зазоров, обеспечивая герметичность уплотнения при высокой частоте возвратно-поступательного движения штока и при наличии радиальных его микроперемещениях. В качестве эластичных обойм для уплотнительных колец предлагается использование стандартных резиновых манжетных сальников.(72) Мухтаров Абзал Танжарбаевич Некрасов Вадим Георгиевич Мурзагалиев Ахмет Жакиевич Куанышев Мурат Кулынтаевич Каукаров Алтынбек Кубашевич(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Актюбинский государственный университет им. К. Жубанова Министерства образования и науки Республики Казахстан(56) Баландин С.С., Бесшатунные двигатели внутреннего сгорания - М. 1972, с.176.(54) УПЛОТНЕНИЕ ШТОКА ПОРШНЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ(57) Изобретение относится к области двигателестроения. Оно применимо для поршневых двигателей с крейцкопфным или бесшатунным механизмом, в которых поршень связан с механизмом преобразования движения штоком,совершающим возвратно-поступательное движение вдоль оси цилиндра. В бесшатунных двигателях цилиндр может быть изолирован от масляного картера. Подпоршневой объем цилиндра при этом может использоваться в качестве компрессора для наддувочного воздуха в четырехтактных двигателях, либо в качестве продувочного насоса в двухтактных двигателях. Такая конструкция исключает угар масла,загрязнение масла продуктами сгорания и Изобретение относится к области двигателестроения. Оно применяется для поршневых двигателей с крейцкопфным или бесшатунным механизмом, в которых поршень связан с механизмом преобразования движения штоком, совершающим возвратно-поступательное движение вдоль оси цилиндра. В современных двигателях гильза цилиндра открыта в своей нижней части и сообщается с масляным картером двигателя. Смазка гильзы цилиндра капельным маслом является конструктивной особенностью всех двигателей с кривошипно-шатунным механизмом преобразования движения. Такое решение, применяемое с первых моделей двигателей еще с века,обладает существенными недостатками. При работе кривошипно-шатунного механизма на поршень действует нормальная сила, перпендикулярная поверхности гильзы. При этом происходит неравномерный износ гильзы с образованием эллиптичности. За счет этого плотность контакта компрессионных колец с поверхностью гильзы нарушается. Это приводит к прорыву газов во время сгорания и такта расширения из надпоршневого объема в картер двигателя. Масло при этом загрязняется продуктами сгорания, а при контакте масла с горячей поверхностью гильзы происходит разложение масла и потеря им смазывающих свойств. В такте выпуска, когда в цилиндре создается разряжение, при неплотном контакте поршня в гильзе происходит подсос картерных газов и масла из картера в надпоршневой объем цилиндра. При этом происходит угар масла, закоксовывание компрессионных колец и нарушается их подвижность. Исключение этих недостатков может быть достигнуто при использовании кинематических механизмов, которые можно отнести к типу крейцкопфных, в которых боковые силы при преобразовании возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение вала воспринимаются специальным узлом в виде направляющих и ползуна (крейцкопфа или слайдблока). В таком механизме поршень связан с ползуном механизма при помощи штока,совершающего возвратно-поступательное движение штока вдоль оси цилиндра. К таким двигателям относятся крейцкопфные варианты двигателей,имеющие между цилиндром и кривошипнокулисным механизмом преобразования движения специальный крейцкопфный узел (слайд-блок),применяемые в виде стационарных или судовых двигателей, где габариты двигателя не имеют решающего значения. А также подобные механизмы применяются в двигателях с механизмом преобразования движения,известные как бесшатунные. Среди таких вариантов известны следующие механизм Парсонса, известный по советской литературе как механизм Баландина 1, 2,3,планетарный механизм вариант кривошипно-кулисного механизма 5-7,некоторые виды аксиальных механизмов (с аксиальными кулачками типа механизма Кристиансена), либо радиальными кулачками(казахстанского автора Шубнова), двигатели с наклонным диском. Особенностью таких двигателей является то, что поршень жестко соединен с ползуном кинематического механизма при помощи штока,совершающего вместе с поршнем возвратнопоступательное движение вдоль оси цилиндра. Это позволяет отделить цилиндр с горячими процессами от масляного картера двигателя, исключив термическое воздействие на смазочное масло в картере двигателя. Кроме этого, появляется возможность использовать подпоршневой объем цилиндра в качестве воздушного компрессора. Использование подпоршневого объема в качестве воздушного компрессора представляет интерес в четырехтактных двигателях как нагнетатель воздуха или его отдельной ступени без выполнения специального компрессора, либо в двухтактных двигателях для получения сжатого продувочного воздуха. Причем, в таком случае картер двигателя выполняется с масляной смазкой и работает в условиях хорошей смазки без отрицательного воздействия высокой температуры в области цилиндропоршневой группы и прорыва газов на систему смазки. Необходимым условием для этого является выполнение уплотнения штока поршня,соединяющего поршень в цилиндре двигателя с ползуном механизма преобразования движения,находящимся в масляном картере двигателя, при прохождении штока через стенку масляного картера. Наиболее распространенным вариантом уплотнения валов и штоков является применение резиновых манжет. Манжета представляет собой резиновую вставку в расточку корпуса механизма,часто имеющую металлическое армирование для плотной посадки в корпус. Вал охватывается резиновой втулкой, которая стягивается кольцевой пружиной. Промышленность производит широкую номенклатуру манжетных сальников. Необходимым условием надежной работы манжетного уплотнения является соблюдение допустимой скорости скольжения, различной для различных типов резиновых смесей и интенсивности охлаждения со стороны масляного объема механизма. Манжетные уплотнения в основном применяются для уплотнения вращающихся валов, зафиксированных от радиальных перемещений при вращении в подшипниках. Близким решением являются уплотнения движущихся возвратно-поступательно штоков являются уплотнения штоков гидроцилиндров гидрообъемных механизмов грузоподъемных машин, в которых используются резиновые кольца 8. Но особенность уплотнений штоков гидроцилиндров гидрообъемных передач заключается в том, что они работают при малой скорости движения штоков, а также при скользящей 2 посадке штоков в цилиндрах без каких-либо радиальных взаимных перемещений. Но отмеченные конструкции уплотнений не могут применяться для уплотнения штоков поршней, совершающих высокоскоростной режим движения, 4000-5000 движений в минуту (67-83 движения в обе стороны в секунду). В таком режиме резиновые кольца и манжеты не обеспечивают плотность и быстро разрушаются. Наиболее близким решением является уплотнение штоков поршней металлическими кольцами типа поршневых колец 1. Известно применение упругих металлических колец, как прижимаемых за счет упругости к штоку поршня,так и прижимаемых к корпусу обоймы для колец. Но применение металлических уплотнений также не обеспечивало надежной герметизации узла уплотнения. Причиной ненадежного уплотнения является то,что штоки поршней крейцкопфных или другого типа двигателей имеют радиальные микроперемещения 4. Для того, чтобы узел уплотнения не заклинивал шток при его возвратнопоступательном движении, либо не происходил большой износ узла уплотнения, уплотнительные кольца должны иметь возможность радиального сдвига на величину этих микроперемещений. При этом кольца в пазах (на штоке или в корпусе обоймы) должны иметь возможность радиального перемещения,что возможно только при определенном зазоре колец в таких пазах. При такой плавающей установке колец плотного контакта между штоком и корпусом уплотнения не обеспечивается. Известно, что вращающиеся подшипники скольжения по своей природе допускают некоторые радиальные перемещения вала в зависимости от частоты вращения вала, от совпадения осей вращения при образовании равномерной масляной пленки при высокой скорости вращения, до касания валом поверхности втулки при малых скоростях или отсутствия вращения 9. Возвратно-поступательное движение штока во втулках, смазываемых маслом,близко к работе подшипников скольжения. Но также имеет существенные различия. При высокой скорости скольжения штока во втулке в ней образуется масляный слой, удерживающий втулку в центральном положении. При смене направления движения в мертвых точках возвратнопоступательного движения,когда скорость снижается и при смене направления равна нулю,условия для создания масляной пленки,удерживающий шток в центральном положении,отсутствуют. При этом незначительные боковые силы способны вызвать касание штоком поверхности втулки. Следовательно, возвратнопоступательное движение штока по своему существу допускает радиальные микроперемещения штока во втулке на величину толщины масляной пленки. Работоспособность втулок штока как подшипников линейного движения решается применением смазки под давлением, применением твердых антифрикционных материалов. Но с точки зрения уплотнения штока при проходе его из цилиндра в масляный картер должны учитываться имеющиеся радиальные перемещения штока. Техническая задача, которая ставится в рассматриваемом предложении, заключается в том,что уплотнение, выполненное в виде пакета уплотняющих колец, помещается в обойму из эластичного материала. При радиальных микроперемещениях штока установка уплотнительных колец в эластичного материала позволяет совершать радиальные перемещения штока совместно с уплотняющими кольцами без нарушения плотности между штоком и кольцами, а также между кольцами и эластичной обоймой, за счет чего обеспечивается герметичность уплотнения. Технический результат достигается тем, что уплотнение обеспечивается пакетом колец из антифрикционного материала с разрезами. Кольца вставлены в эластичную обойму, вставленную в корпус уплотнения, и прижимаются кольцевой пружиной. Пакет уплотнительных колец, плотно охватывающий шток поршня по цилиндрической поверхности, в пакетах которых разрезы сдвинуты относительно друг друга, обеспечивает плотный контакт с движущимся возвратно-поступательно штоком поршня. Эластичная обойма позволяет пакету совершать радиальные микроперемещения совместно со штоком без нарушения герметичности подвижного контакта штока и пакета уплотнительных колец. Предложение поясняется рисунком. На рисунке показано 1- стенка картера двигателя 2 - корпус уплотнительного узла 3 - пакет разрезных колец в количестве два или более колец, каждое из которых разрезано на полукольца или сектора 4 - эластичная обойма (резиновый манжетный сальник) 5 кольцевая стягивающая пружина 6 - крышка корпуса 7 - стопорное кольцо 8 - шток поршня. Уплотнение выполняется следующим образом. На штоке поршня устанавливается пакет одинаковых уплотнительных колец 3. Каждое из колец 3 разрезано диаметральным разрезом на два полукольца, либо, при большом диаметре штока, на три или четыре сектора. Кольца набраны в пакет из двух или более колец, со сдвигом разрезов колец в каждом кольце пакета относительно друг друга. Комплект колец вставляется во внутреннюю эластичную обойму 4, на каждое кольцо имеется своя эластичная обойма. В качестве эластичной обоймы используется стандартный резиновый манжетный сальник соответствующего типоразмера. Горловины резиновых манжет стягиваются кольцевой пружиной 5, обеспечивающей плотный контакт манжеты 4 с уплотнительными кольцами 3. Блок колец 3 в обоймах 4 вставляется в корпус 2,который закрывается крышкой 6, крышка фиксируется стопорным кольцом 7. Собранный таким образом узел уплотнения устанавливается на стенке картера двигателя 1. В центральное отверстие уплотнения вставляется шток поршня 8. Отличительной особенностью уплотнения является то, что уплотнение движущегося возвратно-поступательно с большой частотой штока поршня осуществляется пакетом колец 3,выполненных из твердого антифрикционного материала меднографита,бронзографита,железографита или фторографита. Такой материал допускает высокие скорости скольжения (до 20 м/с,т.е. превышающих возможные скорости движения поршня в цилиндре ДВС). За счет разрезов колец на сектора и установки их в эластичную обойму 4 со стягивающей кольцевой пружиной 5 обеспечивается плотный контакт колец с цилиндрической поверхностью штока 8. А наличие в пакете колец 3 двух или более рядов колец, в которых разрезы не совмещаются, а сдвинуты относительно друг друга,обеспечивается герметичное отделение полости картера от наружного пространства. Эластичные обоймы при работе двигателя, при которой возможны радиальные микроперемещения штока поршня во время его возвратно-поступательного движения, позволяют уплотнительным кольцам 3 перемещаться вместе со штоком 8 без нарушения герметичного контакта между кольцами 3 и обоймой 4, сохраняя плотность посадки колец на штоке поршня и их контакта по торцевым плоскостям, в целом обеспечивая герметичность уплотнения. Работа уплотнения происходит следующим образом. Шток поршня 8, находясь в центральном отверстии колец 3,совершает возвратнопоступательные движения вдоль оси штока. При этом возможны некоторые радиальные микроперемещения штока. Шток поршня 8 охватывают разрезные кольца 4, которые за счет посадки их в эластичную обойму 4 и стягивающих кольцевых пружин 5 плотно охватывают цилиндрическую поверхность штока. Уплотнительных колец 3 и, соответственно,эластичных обойм 4 используется несколько, два в пакете или более. При этом уплотнительные кольца 3 контактируют между собой торцевыми поверхностями. При этом кольца 3 установлены таким образом, что разрезы в соседних рядах колец не совмещаются, располагаясь на разных углах. Пакет уплотнительных колец 3 в обойме 4 вставляется в корпус 2, который закрывается крышкой 6, препятствующей осевому сдвигу колец 3 и обойм 4. Крышка 6 фиксируется стопорным кольцом 7. В собранном виде уплотнительный блок устанавливается на стенке картера двигателя 1. При возвратно-поступательном движении штока 8 происходит скольжение цилиндрической поверхности штока по поверхности уплотнительных колец. При радиальных микроперемещениях штока 8, кольца 3 перемещаются вместе с ним,деформируя эластичную вставку 4 без нарушения герметичности уплотнения. Таким образом, для уплотнения штока поршня,движущегося возвратно-поступательно с большой частотой, уплотнение достигается применением пакета колец из твердого антифрикционного материала, имеющего низкое трение и высокую стойкость к изнашиванию. Плотность при эксплуатации обеспечивается применением разрезных колец, способных постоянно плотно охватывать цилиндрическую поверхность штока поршня за счет разреза колец на сектора, установкой их в эластичную обойму и стягиванием горловины обоймы кольцевой пружиной. Плотность при наличии зазоров между секторами обеспечивается выполнением пакета колец, в которых разрезы не совмещаются, а торцевые поверхности плотно прижимаются друг к другу. Возможное радиальное микроперемещение штока не нарушает плотность уплотнения,так как за счет посадки уплотнительных колец в эластичной обойме,уплотнительные кольца иметь возможность совершать такие же микроперемещения, без нарушения плотности контакта,как на цилиндрической поверхности штока, так и между торцевыми поверхностями пакета уплотнительных колец. В качестве эластичных обойм используются стандартные резиновые манжетные сальники. Это упрощает изготовление уплотнительного узла. Эффект от применения рассмотренной конструкции уплотнительного узла можно оценить следующим образом. Уплотнение предназначено для крейцкопфных или бесшатунных вариантов двигателя. Такая конструкция позволяет отделить цилиндр с горячими процессами от масляного картера. При этом полностью исключается угар масла. В современных двигателях угар масла нормируется величиной 0,2-0,5 от расхода горючего. Следовательно, применение конструкции двигателя с отделением цилиндра от масляного картера полностью исключит угар масла. Второй фактор,влияющий на эффект применения уплотнения, заключается в том, что отделение цилиндра от масляного картера исключает загрязнение масла продуктами сгорания,его разложения при контакте с горячей поверхностью гильзы и в целом создает условие организации системы смазки кинематического механизма двигателя по типу механизмов типа коробок перемены передач, редукторов главной передачи, распределительных коробок, т.е. с минимальным расходом масла и заменой его через периоды, на порядок большие, чем рекомендованная периодичность замены моторных масел в современных двигателях. Однако при этом следует учесть, что эффект от применения рассмотренного уплотнения штока проявляется не в отдельности, а в комплексе при создании двигателя, учитывающего комплексно новую конструкцию двигателя. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Уплотнение штока поршня двигателей с крейцкопфным или бесшатунным механизмом,включающим шток для жесткого крепления поршня с ползуном механизма преобразования движения,совершающим возвратно-поступательное движение вдоль оси цилиндра, уплотнительные кольца,4 выполненные из твердого антифрикционного материала с низким коэффициентом трения(меднографита, бронзографита, железографита,фторографита), расположенные в корпусе в виде пакета разрезных на два или более секторов колец и охватывающих шток поршня по его цилиндрической поверхности, со сдвигом разрезов колец в контактирующих в пакете колец по торцевой поверхности, отличающееся тем, что кольца расположены в эластичных обоймах,например, в резиновых манжетных сальниках, и способны совершать радиальные микроперемещения совместно со штоком без нарушения герметичности уплотнения.

МПК / Метки

МПК: F02F 11/00

Метки: внутреннего, поршня, сгорания, двигателя, уплотнение, штока

Код ссылки

<a href="http://kzpatents.com/5-ip27180-uplotnenie-shtoka-porshnya-dvigatelya-vnutrennego-sgoraniya.html" rel="bookmark" title="База патентов Казахстана">Уплотнение штока поршня двигателя внутреннего сгорания</a>

Похожие патенты